В металлических нанокристаллах обнаружены фрактальные структуры
В новом исследовании, проведенном кафедрой прикладной физики и материаловедения Университета Северной Аризоны, группа учёных обнаружила, что фрактальные объекты, аналогичные снежинкам из льда, возникают в нанокристаллах золота, меди и железа. Когда частицы металла слипаются в ходе молниеносной химической реакции, они образуют пятиугольные структуры, очень похожие на природные снежинки, — явление, имеющее невероятно важное значение для будущего нанотехнологий. Статья была опубликована в качестве главной в журнале Small.
Рис. 1. Источник: Университет Северной Аризоны
Рост наночастиц зависит от множества термодинамических и кинетических факторов, которые в совокупности приводят к процессам, практически не поддающимся прогнозированию или воспроизведению. Накапливая материалы медленно и при высоких температурах, учёные пытаются обойти эту проблему. Однако такие методы не идеальны для наночастиц и могут привести к тому, что мелкие частицы сольются в нежелательные формы.
В данной работе был использован новый метод синтеза наночастиц, который, напротив, характеризуется чрезвычайно быстрыми реакциями. Физики нагрели небольшой кремниевый чип до 280°C, или более 500°F, прежде чем поместить в него соли металлов и добавить химические вещества, предназначенные для стимулирования роста. Менее чем за 10 секунд соли металлов образовали кристаллы длиной от 1 нанометра до нескольких микрометров. Быстрая реакция позволила мгновенно наблюдать все стадии роста наночастиц и фиксировать результаты.
Рис. 2. Источник: Университет Северной Аризоны
В итоге была создана коллекцию уникальных многометаллических структур. Более мелкие кристаллы имели простые формы, соответствующие предыдущим исследованиям, но более крупные частицы были более сложными и демонстрировали пятиугольную симметрию, вогнутые поверхности и полые внутренние полости. Общие формы повторялись, но каждая частица имела разный металлический состав.
